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北極星固廢網訊:摘要：以爐溫控制為目的，本文重點分析一臺12噸級別的醫療垃圾焚燒爐的投料系統自動化升級改造工程。本文選用了32進16出的三菱PLC作為控制主機，替代原系統中基於繼電器組的自動化控制系統。在該個案分析中可以看到，使用PLC對鍋爐的投料系統進行管理，比原來使用繼電器對其管理的效果提升較為顯著。
關鍵詞：醫療垃圾；焚燒爐；投料系統；自動化
隨著我國醫療環境的增加，醫院的醫療垃圾量也日益增加。醫療垃圾的處理方式目前以焚燒為主。但醫療垃圾的組成含有大部分的有機廢物，這些廢物可以作為燃料供給燃燒，但醫療垃圾中含有的金屬廢物，如刀片、針頭等，如果不加以處理，會在燃燒廢渣丟棄後產生一定程度的風險。所以，醫療垃圾焚燒爐的爐溫必須控制在鐵熔點1500攝氏度以上，以確保燃燒過程中其刀片和針頭等尖銳物品充分融化和鈍化。以爐溫控制為目的，本文重點分析一臺12噸級別的醫療垃圾焚燒爐的投料系統自動化升級改造工程。
1、業務需求分析
醫療垃圾因為屬於微生物汙染物，需要經過特殊的處理鏈條進行處理，目前，各大城市都採用焚燒的方式對醫療垃圾進行處理。處理流程通過收集、壓實、運輸等環節後運抵處理中心，烘乾後進入粉碎機進行粉碎，最後由垃圾焚燒爐進行焚燒。因為醫療垃圾中有機物較多，其中含有部分金屬雜質（針頭、手術刀等），所以其爐溫需要控制在1500攝氏度以上，確保大部分金屬物的熔化和鈍化。且因為熱值的不均勻現象，其燃燒熱值不穩定，使用大功率焚燒爐焚燒時，爐溫和燃燒穩定性的控制是較大的挑戰。目前日處理12噸左右的焚燒爐，都需要使用自動化投料系統進行投料控制，才可以確保燃燒效率。
2、設備結構分析
設備自動投料系統分為兩個倉，一個是進料倉，一個是鍋爐進料口，鍋爐進料口基本沒有緩衝功能，而由進料倉和皮帶機提供進料量的控制功能。
本系統的感應器在給料皮帶的張緊器前方，距離卸載滾筒25cm，在1m/s的帶速下，經過250ms，經過稱重的物料會進入鍋爐進料口。
3、當前問題
當前的半自動投料系統使用繼電器控制：當爐溫下降時，加大原料口的餵料量，皮帶機運行在高速。當爐溫上升時，減少原料口的餵料量，皮帶機運行在低速。原料口的餵料量控制只有開和閉兩個狀態，只是通過控制開口時間佔總時間的比例進行餵料，且其運作模式根據延時繼電器的固定設置提供半自動服務。這種模式存在兩個硬傷：
首先，控制精度差。
因為使用繼電器組控制，其控制方案是全硬體實現的，而且繼電器的功能較少，缺少邏輯比較控制，沒有模糊控制能力。所以，使用繼電器進行控制時，其爐溫波動範圍一致在100度以上，系統爐溫低於1538攝氏度的時間片一般佔到總時間的15%以上。
其次，缺少軟體支持。
繼電器組是全硬體的控制系統，而焚燒爐的最佳控制方式是模糊控制方式。模糊控制必須有軟體的判斷過程，這個判斷過程在當前的半自動控制中難以實現。所以當前的垃圾焚燒爐雖然應用了半自動控制模式，但其運行期間仍然需要爐前工現場操作，其自動模式僅僅是節省了爐前工的部分工作量。
4、PLC選型及探頭拓撲關係
PLC採用了三菱生產的32進16出的PLC控制器。傳感器端採用了4段並口傳輸，其中0-3口連接皮帶機轉速傳感器的比較器，4-11口連接爐溫傳感器的比較器，12-20口連接稱重託輥的數位化比較器，21口連接原料口狀態傳感器。22-24口用作手動控制按鈕的信號接入。出口方面也選用了並行傳輸的方式，轉速控制器使用4路信號線控制，連接到0-3口，原料出口控制器採用1路信號控制，連接到4口。
另外，在22-24口接入3個按鈕，分別是：
22口：扳動開關，自動化模式選擇，0為自動，1為手動；
23口：扳動開關，系統狀態，0為停止，1為啟動。
24口：按鈕開關，系統重置，當系統置為1時，系統恢復初始狀態。
系統的手動運行開關組、急停開關等都連接到PLC控制系統之外。
5、模糊控制方案
表3 模糊控制策略表
根據表1和表2分析的數據結構，形成表3的策略表。從表3中的策略分析來看，其策略共有7條。分別為策略0-策略6。
策略0：保持當前的給料方案不變；
策略1：將給料速度下降1檔；
策略3：將給料速度下降3檔；
策略5：停止給料；
策略2：將給料速度提高1檔；
策略4：將給料速度提高3檔；
策略6：使用最快給料速度；
可以看到，表3中的數據是全部是控制鍋爐的給料，而沒有操作鍋爐的通風系統。因為本文的12噸鍋爐沒有四管系統，其風量來自鍋爐前膛的鼓風機提供新風，所以，本案的模糊控制方案認為其風量是恆定的，不可控的。
本文的模糊控制方案有一個弊端，就是在鍋爐內給料量足夠大時，容易造成燃料壓火的現象，此時加大給料量，反而會進一步造成鍋爐的爐溫下降。所以，在模糊控制方案之外，設立一個獨立的進程，當鍋爐給料量達到最大，其鍋爐爐溫仍在進一步下降時，應該鳴響聲光警報，同時終止進程。這時鍋爐管理員需要判斷爐內是否存在壓火現象，及時處理或者確認無誤後，按下24號開關按鈕重置系統，手動操作恢復爐溫後，重新啟動PLC控制器。
6、系統測試及效果對比
圖3 兩套系統的自動運行爐溫控制效果對比圖
如圖3，可以看到，原來使用繼電器組進行自動運行時，雖然系統的大部分時間運行在1400-1700攝氏度的溫度範圍內，但其溫度波動範圍較大，爐溫低於1400攝氏度的時間佔到總公運行時間的30%左右，此時其金屬刀片針頭等的融化鈍化效果並不明顯。但採用了新系統後，其運行狀態較為平穩，超過1600攝氏度的時間只有1秒，而低於1500攝氏度的時間也只有1秒，正常運轉時間佔到總運轉時間的92%，此時，金屬刀片及針頭等融化鈍化效果可以顯現出來。
所以，經過升級改造的醫療垃圾焚燒自動投料系統，其在實際系統運行效果方面，較原系統有較大的優勢。
7、結束語
本文對一臺12噸的醫療垃圾焚燒爐的給料系統進行了升級和個案分析，在該個案分析中可以看到，使用PLC對鍋爐的投料系統進行管理，比原來使用繼電器對其管理的效果提升較為顯著。本文使用了三菱生產的32進16出的控制系統進行升級實踐，在系統測試結果中證實其技術可行性存在。
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原標題:醫療垃圾焚燒爐投料系統自動化升級實踐研究
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